红外光谱-解析
红外光谱解析
10 （cm ） （m）
1
4
各种振动方式及能量
分子振动方式分为：
伸缩振动 -----对称伸缩振动 s ----反对称伸缩振动 as 弯曲振动 ----面内弯曲振动 ----剪式振动 s -----平面摇摆 -----面外弯曲振动- ----非平面摇摆 -----扭曲振动 按能量高低为： as >
的，只有在立体结构上互相靠近的基团之间才能产生F效应， 例如：
环己酮 4，4-二甲基环己酮 2-溴-环己酮 4，4-二甲基-2-溴-环己酮
C=O
1712
1712
1716
1728
-氯代丙酮的三个异构体的C=O 吸收频率不同
氢键效应
氢键使吸收峰向低波数位移，并使吸收强度加强，
例如： - 和-羟基蒽醌
二氧化碳的IR光谱
O=C=O
对称伸缩振动 不产生吸收峰
O=C=O
反对称伸缩振动 2349
O=C=O
面内弯曲振动 667
O=C=O
面外弯曲振动 667
因此O=C=O的 IR光谱只有2349 和 667/cm 二个吸收峰
二、IR光谱得到的结构信息
IR光谱表示法：
红外光谱分析
在特征频率区，不同化合物的同一种官能团 吸收振动总是出现在一个窄的波数范围内，但 不是一个固定波数，具体出现在哪里与基团所 处的环境有关，这就是红外光谱用于有机物结 构分析的依据。
影响基团频率位移的具体因素
电子效应
空间效应 氢键
1）电子效应
a．诱导效应：通过静电诱导作用使分子中电子云分布发生变 化引起K的改变，从而影响振动频率。
振动频率与基团折合质量的关系
基团 C－H C－C C－Cl C－I 折合质量 (m) 0.9 6 7.3 8.9 振动频率 ( /cm-1) 2800~3100 约 1000 约 625 约 500
2.3.2
基团频率区的划分
分区依据：由于有机物数目庞大，而组成有
机物的基团有限；基团的振动频率取决于K 和 m，同种基团的频率相近。
划分方法:
基团特征频率区 氢键区 叁键区和累积双键区 双键区 单键区
指纹区
基团频率区的划分
区域名称 氢键区 频率范围
4000～2500cm-1
基团及振动形式
O－H、C－H、N－H 等的伸缩振动 CC、CN、NN和
叁键和 累积双键区
2500~2000cm-1
C＝C＝C、N＝C＝O 等的伸缩振动
的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）； 反之，出现在低波数区（高波长区）。 例１ 水分子
2）峰数
峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，
无红外吸收。
分子振动数目 线性分子： 3n-5个 非线性分子： 3n-6个
（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相
差越大（极性越大），吸收峰越强； 例2 CO2分子
键类型: 力常数: 峰位:
红外光谱解析
generally absorbs only weakly. Hence, trained observer would not
interpret a strong peak at 1670 cm-1 to be a C=C double bond, nor would they interpret a weak absorption at this frequency to be due to a carbonyl group.
3
How to approach the analysis of a spectrum?
When analyzing the spectrum of an unknown, concentrate your first effort on determining the presence (or absence) of a few major functional groups. The C=O, OH, NH, CO, C=C, CC, CN, and NO2 peaks are the most conspicuous and give immediate structural information if they are present. Do not try to make a detailed analysis of the CH absorptions near 3000 cm-1; almost all compounds have these absorptions. Do not worry about subtleties of the exact environment in which the functional group is found. Following is a major checklist of the important gross features. 1. Is a carbonyl group present?
手把手教你红外光谱谱图解析
手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，是振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。
3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。
N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。
为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。
U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。
泛频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。
特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。
如何进行红外光谱解析
如何进行红外光谱解析红外光谱解析是一种广泛应用于化学、生物、材料科学等领域的测试技术，通过分析物质在红外光波段的吸收和散射特性，可以获得物质的结构信息、成分组成以及其他相关性质。
本文将介绍红外光谱解析的基本原理、实验操作步骤以及数据分析方法，帮助读者了解如何进行红外光谱解析。
一、基本原理红外光谱解析的基本原理是物质分子在吸收红外光时，会发生振动和转动，并发生状态之间的转变。
这些振动和转动产生的谐振频率，与分子内部的键长、键角等结构参数有关，因此可以通过测量红外光谱图谱来了解物质的结构特征。
二、实验操作步骤1. 仪器准备：将红外光谱仪连接电源并打开。
根据待测物的性质，选择适当的样品盒（液态或固态）和检测模式（透射或反射）。
2. 样品处理：对于液态样品，取少量样品加入透射池中，移除气泡并将其密封；对于固态样品，将样品压制成片或粉碎并放置在反射盒中。
3. 启动仪器：根据仪器操作手册，进行光谱仪的启动和样品检测参数的设置。
4. 开始检测：点击仪器软件上的“开始”按钮，红外光谱仪开始发送红外光，并通过探测器接收返回的信号。
5. 数据采集：红外光谱仪会将接收到的信号转化为电信号，并通过数据采集软件记录下来。
采集过程通常需要数秒至数分钟。
6. 数据处理：获取红外光谱图谱后，使用特定的数据处理软件进行谱图展示和数据分析。
三、数据分析方法1. 谱图展示：使用数据处理软件将红外光谱图谱进行展示，在横轴上表示波数，纵轴表示吸收强度。
确保谱图的分辨率和信噪比足够高，以保证后续的数据分析准确性。
2. 峰值鉴定：根据谱图上的吸收峰，确定物质的各种官能团或键的存在。
通过比对已知物质的红外光谱数据库，寻找吸收峰的对应官能团或键。
3. 定量分析：利用谱图上的吸收峰的强度，可以进行物质的定量分析。
通过校正曲线或比色法等方法，计算物质的浓度或含量。
4. 结构确定：根据红外吸收峰的波数和强度，可以获得物质的结构信息。
通过对比不同官能团或键的红外吸收谱图，推测和确认物质的结构特征。
红外光谱分析方法
ν C O 1235 cm 1
该化合物为结构 2
练习
(书后P276题15) (书后P276题15)
ν φ H 3030
ν
as CH 3
ν C =(芳) 1588 , 和1471 1494 C
2925
as δ CH 3
s δ CH 3 1380 1442 ν C N 1303, 1268
γ φ H 748cm1 (单)
ν NH 3430 , (双) 3300
δ NH 2 1622
续前
解: U = 2 + 2 × 7 + 1 9 = 4 推测可能含苯环 2 3030 cm 1 可能为ν φ H
1588 , 和1471cm 1 1494 (三峰) 可能为ν C =(芳环) C 748cm 1 (单峰) 可能为γ φ H (双取代)
否定结构 4
续前
综上所述,峰归属如下 :
ν φ H 3060 ,3040 和3020 cm 1
1584 和 1493 cm 1 ν C =(芳环) 1600 , C
γ φ H (单取代) 756 和 702 cm 1 (双峰) ν CH 2 2938 ,2918 和 2860 cm 1 δ CH 2 1452 cm 1
图示
图示
二,IR光谱解析实例 IR光谱解析实例
练习 : 某化合物C9H10O,其IR光谱主要吸收峰位为3080, 某化合物C ,其IR光谱主要吸收峰位为3080, 3040,2980,2920,1690( ),1600,1580,1500, 3040,2980,2920,1690(s),1600,1580,1500, 1370,1230,750,690cm1370,1230,750,690cm-1,试推断分子结构 解: U = 2 + 2 × 9 10 = 5 可能含有苯环 2 1 1690 cm 强吸收 为ν C =O 3080 ,3040 cm 1有吸收 可能为ν φ H
红外光谱解析方法
红外光谱解析方法红外光谱解析方法是一种常用的分析化学方法，可以用于对化合物的结构进行研究和鉴定。
红外光谱解析方法主要利用化合物在红外光的作用下，不同官能团的振动与转动引起红外光吸收的特性来分析化合物的结构。
本文将介绍一些常用的红外光谱解析方法，并给出一些结构分析实例。
首先，红外光谱解析方法通常是通过红外光谱仪测量化合物在特定波数范围内的光谱图像，然后根据不同官能团的振动频率和光谱峰的位置、强度等特征来进行结构分析。
以下是一些常用的红外光谱解析方法：1. 官能团峰位置分析法：不同官能团具有不同的红外光谱吸收特点，可以通过观察红外光谱图中各个官能团的吸收峰的位置来判断化合物中存在的官能团。
例如，羧酸官能团的C=O振动通常在1700-1725 cm^-1之间，酮和酰胺官能团的C=O振动通常在1650-1750 cm^-1之间。
2.官能团峰强度分析法：通过观察红外光谱图中各个官能团的吸收峰的强度可以推测化合物中该官能团的相对含量。
例如，苯环的C-H伸缩振动通常表现为较强的峰，而取代基的C-H伸缩振动通常较弱。
3.官能团复合分析法：化合物通常由多个官能团组成，各个官能团的振动频率和位置可以相互影响。
通过综合分析化合物中多个官能团的吸收峰的位置、强度等特征，可以进一步确定化合物的结构。
例如，当化合物同时含有羟基和羧基时，其红外光谱图中会出现OH和CO的吸收峰，它们的相对位置和强度可以提供更多的结构信息。
下面给出一个红外光谱解析的实例：假设有一个未知化合物，它的分子式为C5H10O，并测得其红外光谱图如下：(图略)根据红外光谱图，我们可以进行如下的结构分析：从红外光谱图中我们可以观察到两个很强的特征峰，一个位于2750-2850 cm^-1之间，一个位于1725-1740 cm^-1之间。
根据我们的经验，2750-2850 cm^-1之间的峰通常是C-H的伸缩振动，而1725-1740 cm^-1之间的峰通常是C=O的伸缩振动。
红外光谱解析
+5 （+5）×3
计算值
303
实测值
304
72
3、
H 3C
COOH
异环二烯基准值
一个环外双键 烷基取代
计算值 实测值
（nm） 214 +5
（+5）×4
C H 3N H 215 600近紫区
C H 3 I 2 5 8 3 6 5
二、不饱和有机化合物的电子跃迁
1、含单个C=C π π* (E带)
ε CH2=CH2 λm ax:162nmm ax:15000
远紫区
56
57
2 、 含C = O 或 -N O 2 的 化 合 物
π π* λ max: ～188nm 远紫区
11
2、指纹区：1400～625cm-1
该区域是红外光谱中的低频区，该区域的吸收 主要由C～C、C～N、C～O、C～X键的伸缩振动 和各种键的弯曲振动所产生。键的强度相差不大， 吸收峰出现的区域相近。大部分键的吸收位置和强 度随化合物而异变化较大。
该区域的谱带特别密集，犹如人的指纹故称指 纹区。
化合物之间微小的差别在该区域都能反映出来， 相同的化合物指纹区完全相同，因此在确认化合物时 非常有用。
远紫区
其4 它烷烃 λ max ：～150nm
2、含杂原子的饱和化合物
σ σ* n σ*
λ ε max
m ax
C H 3C l 172 弱 远
C H 3 O H 1 8 3 1 5 0 紫
C H 3 O C H 3 1 8 5 2 5 2 0 区
54
55
λ ε max
m ax
C H 3B r 204 200
16
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k
质量效应
1 1 h E hc 2 2 2
2015-4-1
23
常见术语
• 基频峰、倍频峰、合频峰、热峰
• 基频峰是分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的高 一能级产生的吸收。V =0 V=1 • 倍频峰(2)是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后， 跃迁两个以上能基产生的吸收峰，出现在基频峰波数n 倍处。2 为弱吸收。 • 合频峰是在两个以上基频峰波数之和(组频 1+ 2)或 差(1 - 2处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。 • 热峰来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。
中介效应
OR C NHR O
+ N HR R C
2015-4-1
30
共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低
2015-4-1
31
• 在许多情况下，诱导效应和共轭效应会同时存 在:
• C=O RCOOR 1735 R1CO-NR2 1690 RCOS-Ar 1710
(-I +C)
ArCO-SR 1665
化学系博士生论坛
傅立叶红外变换波谱仪的原理、 样品制备、及波谱分析
马杰
2015-4-1 1
红外光谱
• 红外光谱的基本概念 • 红外光谱仪及样品制备技术 • 红外光谱仪的操作步骤，及软件的功能 菜单介绍 • 分析举例
2015-4-1 2
红外光谱的基本概念
红外光区分三个区段： 近红外区：0.75~2.5 m，13333~4000/cm, 泛音区（用于研究 单键的倍频、组频吸收） 中红外区：2.5~25 m，4000~400/cm, 基频振动区（各种基团 基频振动吸收） 远红外区：25 m以上， 转动区（价键转动、晶格转动）
2015-4-1 43
不饱和度
2n 2 a b U 2
其中n为分子中4价原子的数目，如C，Si；a为 分子中3价原子 的数目，如P，N；b为分子中1价原子的数目，如H，F，Cl， Br，I。氧和硫的存在对不饱和度没有影响。
2015-4-1
44
When you analyze the spectra, it is easier if you follow a series of steps in examining each spectrum.
2015-4-1
返回
39
红外光谱的分区
• • • • 4000-2500cm-1:这是X-H单键的伸缩振动区。 2500-2000cm-1:此处为叁键和累积双键伸缩振动区 2000-1500cm-1:此处为双键伸缩振动区 1500-600cm-1:此区域主要提供C-H弯曲振动的信息
2015-4-1
27
C=C-H
Ar-H C C-H
2015-4-1
3100-3000
3100-3000 3300
电子效应
1. 诱导效应
2. 中介效应 3. 共轭效应
2015-4-1
28
诱导效应
诱导效应：RCOR中极性基团的取代使C=O 移向高波数
化合物 RCHO RCOR
1715
RCOCl
1800
RCOF
1920
40
各种化学键的红外吸收位置
2015-4-1
41
2015-4-1
42
红外图谱的解析步骤
• 化合物类型的判断 有机物和无机物 饱和化合物与不饱和化合物 烯烃或芳烃 • 推断可能含有的功能团 先看特征频率区（3600-1350），再看指纹区（1350-400）。 先看强峰，再看弱峰 先找特征吸收峰，再找相关峰佐证 • 计算分子的不饱和度，根据不饱和度的结果推断分子中可能存在 的官能团。 • 根据吸收峰的位置、强度、形状分析各种官能团及其相对关系， 推出化合物的化学结构
2015-4-1
返回
24
影响红外光谱吸收频率的因素
• 外在因素 • 内部因素
•
• • • • •
质量效应 电子效应 空间效应 氢键效应 偶极场效应 振动的偶合
25
2015-4-1
外在因素（测定条件）
样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、 结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等
2015-4-1
2015-4-1
11
2015-4-1
12
使用步骤
• • • • 打开仪器电源 预热半小时左右 打开电脑，进入仪器操作界面 放样品 测试（多次测量可选择扫一次背底，也 可在每个样品之后各扫一次） • 保存和分析
2015-4-1 13
2015-4-1
14
2015-4-1
15
2015-4-1
16
正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气（134℃）b 液体（室温）
26
质量效应
X-H 键的伸缩振动波数（cm-1）
化学键 C-H 波数（cm-1） 3000 化学键 F-H Cl-H Br-H I-H Si-H Ge-H Sn-H 波数（cm-1） 4000 2890 2650 2310 2150 2070 1850
• •
高频区
s
> s 低频区
• 红外光谱的选律:使分子偶极矩发生改变的振动是红外 活性的.
2015-4-1 5
各种振动方式及能量
• 分子振动方式分为：
伸缩振动 -----对称伸缩振动 s ----反对称伸缩振动 as 弯曲振动 ----面内弯曲振动 ----剪式振动 s -----平面摇摆 -----面外弯曲振动- ----非平面摇摆 -----扭曲振动 按能量高低为： as >
• 红外光谱的产生：
用波长2.5~25m,频率4000~400/cm的光波照射样品，引起分子内 振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱。
2015-4-1
3
• 分子振动的类型
• 双原子分子振动
多原子分子振动
2015-4-1
4
各种振动方式及能量
• 分子振动方式分为：
伸缩振动 -----对称伸缩振动 s ----反对称伸缩振动 as 弯曲振动 ----面内弯曲振动 ----剪式振动 s -----平面摇摆 -----面外弯曲振动- ----非平面摇摆 -----扭曲振动 按能量高低为： as >
2015-4-1
17
2015-4-1
18
2015-4-1
19
2015-4-1
20
IR光谱得到的结构信息
• IR光谱表示法： 横坐标为吸收波长（m），或吸收频率（波数/cm） 纵坐标常用百分透过率T%表示 • 从谱图可得信息： 1 吸收峰的位置（吸收频率） 2 吸收峰的强度 ,常用 vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) ,sh (sharp),v (variable) 表示 3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
ACID Look for indications that an O-H is also present. It has a broad absorption near 3300-2500 cm-1. This actually will overlap the C-H stretch. There will also be a C-O single bond band near 1100-1300 cm-1. Look for the carbonyl band near 1725-1700 cm-1.
• •
高频区
s
> s 低频区
• 红外光谱的选律:使分子偶极矩发生改变的振动是红外 活性的.
2015-4-1 6
测试仪器与其结构
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
2015-4-1
7
1.
内部结构
Nicolet公司的 AVATAR 360 FT-IR
2015-4-1
8
傅里叶变换红外光谱仪工作原理图
ClCOCl
1828
FCOF
1928
C=O
1713
共轭效应：使C=O 移向低波数 R-CH=CH2
CH3CN
RCOOR
(C2H5)2C=C(CN)COOC2H5
2015-4-1
C=C 1650 C=N 2255 C=O 1735 C=C 1629 , C=N
2224,
C=O
1727
29
-1 1565cm -1 3060cm
=C
H
2015-4-1
33